专利名称：超精密零件长度直接测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量装置，用于超精密零件长度的直接测量。
目前超精密零件长度的测量，分为绝对测量、比较测量和直接测量三种方式。其中直接测量法是把被测零件与计量仪器所配备的标准尺寸作比较，从而得出被测零件的长度。例如，超精密量块的直接测量一般使用测长机进行。测长机的标准尺寸由三根光学标尺和光学显微镜给出，被测量块以卧姿安装在专用支承工具上，在测座和尾座的测杆上装有球面测头。事先调整两测头的顶点均在测量轴线上。测量时，把被测量块与专用支承工具一起放在工作台上，使测座和尾座的测头与量块的两测量面接触，调整工作台的微调机构倾转量块，测出量块长度的最小值。
在上述装置中，被测量块放置在专用支承工具上，由于量块的重量会产生摩擦力，测头的测量力必须大于量块的摩擦力，才能使测座和尾座的测头很好地与量块的测量面接触。但在测量力的作用下，会使量块的局部产生变形。其变形量与测量力的2/3次方成正比，与测头球面的曲率半径R的1/3次方成反比，同时还与材料的弹性模数E的2/3次方成反比，例如，当测头材料为硬质合金，测头曲率半径为5mm，量块材料为钢，测量力为150克时，量块的变形量为0.211微米，对于高等级的量块来说，该变形量是不能忽略的。另外，在相同的测量力作用下，对于重量不同的量块，其摩擦力不同，在量块表面上产生的变形量也不会相同。量块长度的定义是要求在无机械外力作用下进行测量。所以现有的量块直接测量装置——测长仪不能满足量块长度定义的严格要求，不能完成测量高等级量块的任务。
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种测量力非常小的直接测量装置，可以测量高等级量块等超精密零件的长度。
为了达到上述目的，本发明的超精密零件长度直接测量装置，将被测件放置在气浮的工作台上，测座测头与气浮导轨相连，在气浮导轨上设置电磁加力机构，尾座测头由尾座内设置的三维调整机构调整，测量基准采用光栅系统。
由于被测件放置在气浮工作台上，与工作台一起浮动，其摩擦力很小，可以忽略不计，这样就消除了摩擦力对测量力的影响，也消除了被测件重量的变化对测量力的影响，又由于测座采用气浮导轨，摩擦力很小，使减小测量力成为可能。由于测头采用电磁加力机构可以控制测量力的加载，使之减小到几百毫克量级，使测量力对测量精度的影响可以忽略，从而提高测量精度。
下面参照附图详细说明本发明的一个实施例。
图1是本发明的超精密零件长度直接测量装置的结构示意图。在图中，装置的底座1由花岗岩制成，其上表面是安装和测量的基准，故对其平面性和表面粗糙度要求较高。测座2是两个气浮机构，可以浮起气浮导轨3，气浮导轨3上固定着电磁加力机构的线圈装置4(或磁芯装置)和光栅系统的标尺光栅5。在气浮导轨3的一端安装球面测头6，气浮工作台的底盘7内有气路，其上有节流孔和气槽，气浮工作台的浮动盘8上放置被测零件9，通气后被测件9随浮动盘8在底盘7上浮动。尾座11上是尾座测头10，尾座11内设置有三维调整机构，可以使尾座测头上下左右前后移动。传感器12包括了温度传感器、湿度传感器、压力传感器。整个装置通过减振机构13来消除外界振动对测量精度的影响。
在测量零件之前，要调整尾座，使测座测头和尾座测头在球面顶点处接触，然后移开测头，将被测零件放在浮动工作台上进行测量，由于磨擦力很小，在测量力的作用下，两测头会自动找出零件尺寸的最小值。
根据本发明，由于可以忽略测量力对测量精度的影响，也去除了不同零件因重量不同造成的测量误差，又由于采用高精度的光栅配置在测量线的延长线上，符合阿贝原则，所以测量精度大大提高。现有的测长机只能检定5、6等级的量块，而本实施例的超精密零件直接测量装置可以检定2、3等级的量块。
另外，由于被测件放置在浮动工作台上，摩擦力很小，测量时，在测量力的作用下，会自动寻找零件尺寸的最小值。可以省去工作台的微调机构，使结构简化。
在本实施例中，浮动机构和浮动工作台采用气浮机构，但也不局限于此，也可以采用液浮机构或磁浮机构等。
在本实施例中，采用电磁加力机构，但也不局限于此，也可以采用其他加力机构，比如，弹簧加力机构，气动加力机构等。
在本实施例中，采用光栅系统，但也不局限于此，也可以采用激光干涉系统、容栅系统、磁栅系统或感应同步器系统等。
本发明的超精密零件长度直接测量装置不仅可以测量零件的长度尺寸，也可以用于直径测量，圆度测量等其他尺寸的测量。
权利要求
1.一种超精密零件长度直接测量装置，由工作台、测座测头、尾座测头、测量基准构成，其特征是，承载被测零件的工作台是气浮工作台、测座测头与一个气浮导轨相连，在气浮导轨上设置电磁加力机构，尾座测头由尾座内设置的三维调整机构调整，测量基准采用光栅系统。
2.如权力要求1所述的超精密零件长度直接测量装置，其特征在于，上述气浮工作台，也可以是磁浮工作台或液浮工作台等。
3.如权利要求1所述的超精密零件长度直接测量装置，其特征在于，上述电磁加力机构，也可以是弹簧加力机构或气动加力机构等。
4.如权力要求1所述的超精密零件长度直接测量装置，其特征在于，上述气浮导轨，也可以是磁浮导轨或液浮导轨等。
5.如权力要求1所述的超精密零件长度直接测量装置，其特征在于，上述的光栅系统也可以是激光干涉系统、容栅系统、磁栅系统或感应同步器系统等。
全文摘要
一种超精密零件长度直接测量装置，其特征是被测件放在气浮工作台上，测座的测头安装在气浮导轨上，使摩擦力可以忽略不计，在气浮导轨上设置电磁加力机构，可以改变测量力的大小和方向，使测量力减小到几百毫克，以至于对测量精度的影响可以忽略不计，所以本装置的测量精度大大提高。现有的测长机只能检定5、6等级的量块，而本发明的超精密零件长度直接测量装置可以检定2、3等级的量块。
文档编号G01B5/02GK1512132SQ0215902
公开日2004年7月14日 申请日期2002年12月27日 优先权日2002年12月27日
发明者张绍宗, 陈智峰, 张海峰 申请人:中国航空工业总公司第三○三研究所